原创 2017-02-10 混凝土杂志 混凝土杂志
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来源：《混凝土》2016年第十二期
轻质陶粒混凝土预制墙板的制备及性能研究
黄修林卞周宏黄绍龙
（湖北大学材料学院，武汉，430062）
摘要：本文以工厂预制页岩陶粒轻集料混凝土的方式制备保温墙板；通过优化混凝土胶容比、集料级配和预湿处理方式来降低单位用水量，控制了混凝土的坍落度，解决了轻集料的在浇筑振捣过程中的上浮和混凝土离析问题。制备出的轻集料混凝土强度达到CL15-CL25等级，且墙板中后期表面无裂缝，导热系数低，强度高，可做为一种结构保温板材使用。
关键词：陶粒轻集料，吸水率，保温性能
0 引言
我国轻集料混凝土的发展经历了半个多世纪，随着活性矿物掺和料和高效减水剂的大量使用，轻骨料混凝土得到了长足发展，高流动度、高强可泵送轻骨料混凝土在桥面铺装工程、高层建筑地面工程中得到了实际应用[1]。然而，在已有的研究中，关注的轻集料混凝土保温性能较少，且轻集料混凝土施工过程中，由于集料与水泥浆体密度差异性大，易出现混凝土分层离析和轻集料上浮的问题。本文通过预制施工的方法，控制了混凝土的坍落度，避免了大流动性带来的匀质性不良的问题，同时，通过对优化设计配合比，制备出导热性能低、强度高的结构保温板材，且混凝土中轻骨料内部存在多孔结构，抗冻融性能优于普通混凝土。同时，陶粒轻集料混凝土其良好的保温隔热、隔音效果也符合国家“十二五”提出的节能减排和资源节约环境友好的持续发展模式。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
（1）水泥：武汉新洲亚东P·O42.5 水泥；
（2）河砂：洞庭湖中砂，表观密度2676kg/m3，细度模数2.62，含泥量0.7%；
（3）页岩陶粒，性能见表1；
2 轻质陶粒混凝土的设计与性能分析
2.1 轻质混凝土配合比设计
预制轻集料混凝土的配合比设计主要以强度、容重为技术要求，并以合理使用用水量和节约水泥用量为原则[2]。本文主要参考《轻骨料混凝土应用技术规程》（JFJ51-2002）、《建筑用轻质隔墙条板》（GB/T23451-2009）以及《普通混凝土配合比设计规程》，采用松散体积法来设计陶粒轻质混凝土的配合比，体积砂率控制在35%，初始配合比见表2，性能见表3。
2.2混凝土墙板性能影响因素分析
2.2.1 预湿处理对混凝土性能的影响
在确定所用页岩陶粒的堆积密度和简压强度后，对不同浸泡时间下陶粒吸水率进行了测定，详见图1。从图1中可以看出，陶粒的浸泡时间过短其吸水率低，浸泡时间超过30min后，随着处理时间延长其吸水率快速增加，2h后基本趋于稳定。
从图2中可以看出：随着混凝土养护龄期的延长，轻质混凝土的抗压强度不断增长；但是不同预湿处理方式其强度增长模式不一样。T3组早期强度发展快，说明加入1h吸水量预拌处理使陶粒的表界面与胶凝材料有较好的粘结，水化反应持续，有利于界面过渡区结构的强化[3]；而浸泡1h后陶粒内部湿度大，在混凝土强度发展后期可以对界面进行湿度补偿，从而增加了混凝土后期强度。相同条件下，预拌处理较浸泡处理对混凝土的中后期收缩影响较大，浸泡后的陶粒内部水分保证了水泥石与轻集料间内部湿度的协调，混凝土干燥收缩值降低[4]。
2.2.2 胶容比对混凝土性能的影响
由于轻集料吸水率大，普通混凝土水胶比参数不足以准确反映混凝土强度和流动性关系，所以本文采用胶容比来设计混凝土配合比。试验配比中采用300kg/m3、320kg/m3、340kg/m3、360kg/m3、380kg/m3、400kg/m3不同的水泥用量，控制设计容重和体积砂率不变。
从图3中可以看出：随着胶凝材料比例的减少，集料体积不断增加，裹覆在轻集料表面的浆体面积减小，厚度变薄，从而导致混凝土强度损失。水泥用量分别为400kg/m3、380kg/m3、360kg/m3的三组试验中混凝土28d强度基本一致，说明胶容比在0.225（360kg/m3）左右为宜。从破损试压块断裂面可以看出，绝大部分陶粒都已贯穿劈裂，而与陶粒粘结处基本没有破环，这说明陶粒的简要强度直接限制了混凝土后期强度的增长。试验中随着胶容比的降低，混凝土实际水胶比反而增加，导致混凝土中游离水相对增加，引起混凝土干燥收缩增大[3,5]。
2.2.3 陶粒种类对混凝土性能的影响
本文选用汇腾500级和光大800级页岩陶粒做对比研究，控制水泥用量400 kg/m3、体积砂率35%、骨料总体积1.2m3。可以看出：当胶容比达到一定值后，限制混凝土强度增长的主要因素是轻集料的简压强度。陶粒简压强度高，相同条件下其比强度就越高。本文按初始配合比设计制备了导热测试板，标准养护28d后烘干采用DRM 导热系数测定仪（非稳态法）测定轻质预制墙板的导热系数。
从图5中可以看出：混凝土在承受压力上限时，均从陶粒本身断裂，因此，陶粒轻质混凝土的力学性能很大程度上受到陶粒自身筒压强度的限制，而陶粒的堆积密度在一定程度上决定了陶粒的筒压强度，也限制了混凝土强度的持续发展。因此，在选用陶粒作为轻质混凝土的原材料时，要综合考虑堆积密度和筒压强度的指标，本文最终选用辉腾500级页岩陶粒制备轻质墙板。
3.轻质混凝土墙板的制备
通过第二节的分析，确定了工厂预制生产配合比，见表5，具体工艺过程见图7。
通过添加陶粒1小时吸水量预拌处理，使得陶粒表面粘附一层胶材颗粒，加入水拌合后，形成一定的裹浆效果，有效抑制了陶粒在成型过程中的上浮问题[6]。同时，陶粒吸收的水分可以补偿混凝土后期内部湿度，水泥石界面区域水化程度高，结构致密，有利于混凝土整体的耐久性。同时采用粉煤灰部分替代水泥，增加了混凝土的表面质量和密实度，预制墙板表面几无蜂窝孔。
由于预制混凝土流动性低，可采用分层成型的方式；在成型过程中振动台振捣幅度需要较小，频率较普通混凝土的要大，成型时间可缩短至5-8s。成型2d后脱模进养护室喷雾养护。
4. 结论
1）通过采用汇腾500级页岩陶粒制备出容重为1550kg/m3，强度达到LC25等级要求的预制轻质混凝土墙板，通过优化胶容比和预拌处理方式，其干燥收缩值小，导热系数高于结构保温墙板的规定要求；
2）通过采用裹浆工艺和分层成型的工艺措施，制备出来的陶粒轻质混凝土墙板表面无蜂窝孔洞，通过后期喷雾养护，表面微裂纹得到有效控制。且施工后的墙板光滑，在安装过程中减除了饰面工序。
参考文献
[1]王玉.基于结构保温的高性能陶粒混凝土试验研究[D].河南理工大学.2011.(3-4).
[2] Wang Lijiu,ZhangShuzhong,ZhaoGuofan.Investigation of themix ratio design of lightweight aggregate concrete[J].Cement and ConcreteResearch.2004.(933-934).
[3] 陈伟.轻集料-基体协同作用对混凝土性能的影响[D].重庆大学.2013.(39-42,60-66).
[4] 郭瑞,李国平,安明喆,韩松.内养护技术对不同强度等级高性能混凝土性能的影响[J].中国铁道科学.2015.(25-27).
[5] 李保亮,周展,黄国君,艾月飞.CL50高强度轻集料混凝土的配制[J].粉煤灰.2015.(10).
[6] 吴小琴,陈柯柯,徐亚玲.轻质陶粒混凝土的性能及应用研究综述[J].生态建材.2012.(44-45).